La impresión en 3D es capaz de crear piezas sólidas de polímero y metal. Sin embargo, ciertas aplicaciones de piezas impresas en 3D pueden requerir mucha más resistencia. El diseño y la selección de materiales son los factores más críticos que determinan la resistencia de una pieza impresa en 3D. Sin embargo, incluso una pieza bien diseñada podría mostrar debilidad y fallar en servicio si se ignoran otras técnicas simples e importantes de mejora de la fuerza.

Existen varias técnicas para reforzar las impresiones 3D. Estos se pueden agrupar en tres grandes categorías: geometría de la pieza, configuración de impresión y posprocesamiento.

Geometría de la pieza

La geometría de la pieza juega un papel vital en la determinación de la resistencia de una impresión 3D. El uso de filetes y chaflanes aumenta la resistencia mecánica de los bordes, mientras que los refuerzos y las costillas proporcionan soporte estructural.

Use filetes o chaflanes

Los filetes o chaflanes proporcionan una base sólida para secciones más delgadas en piezas 3D. Evitan que las boquillas golpeen las partes delicadas de la impresión.

Ejemplo de diseño sin filetes
Ejemplo de diseño con filetes

Use costillas y refuerzos

Las costillas y refuerzos son extrusiones delgadas que sobresalen perpendicularmente de una pared o plano. Proporcionan soporte y aumentan la resistencia de la pieza. El grosor de las costillas debe ser la mitad del grosor de la pared y estar espaciado a una distancia mínima del doble del grosor de la pared. Se deben evitar las costillas grandes y altas; en su lugar, se deben usar varias costillas pequeñas.

Ejemplo de diseño con costillas

Ajustes de impresión 3D

Se necesitan ajustes óptimos del proceso de impresión 3D para producir piezas más resistentes. Estos ajustes incluyen los siguientes.

Relleno en impresión 3D

Relleno simplemente se refiere a la cantidad de material dentro de las paredes exteriores de la pieza 3D. Esta técnica se utiliza comúnmente en la impresión 3D FDM para aumentar la resistencia. El ajuste de relleno se realiza de dos maneras, patrón de relleno y densidad de relleno.

Patrón de relleno

Esta es una estructura repetitiva que llena el espacio dentro de una pieza impresa en 3D. Por lo general, está oculto a la vista. Hay numerosos estilos de patrones de relleno. Incluyen; patrón triangular, arqueado, rectangular, de panal o hexagonal, y concéntrico. El patrón de relleno Archi es el más adecuado para piezas circulares o redondeadas. El patrón de relleno rectangular es capaz de dar una parte 100% densa debido a su rejilla paralela y perpendicular. El patrón de relleno hexagonal proporciona la mayor relación resistencia-peso, pero es el que tarda más tiempo en imprimirse.

Densidad de relleno

Un relleno al 0% no tiene relleno, y un relleno al 100% da una parte completamente sólida. El relleno 100% hace la parte más fuerte. Sin embargo, en muchos casos, es un uso innecesario de material que aumenta el peso y el costo. El patrón de nido de abeja es el mejor para porcentajes inferiores al 50%, mientras que el patrón rectilíneo es el mejor para porcentajes superiores al 50%. Las densidades de relleno comunes están entre el 20% y el 25%.

Orientación de la pieza

Orientación de la pieza impresa en 3D

Las piezas impresas en 3D son más resistentes en planos paralelos al recinto de construcción porque el enlace molecular en una capa es mucho más que los enlaces adhesivos entre capas. Estos son los planos X e Y. Aunque esta técnica es común en la impresión 3D FDM, se puede usar en otros procesos como SLA y SLS para mejorar la resistencia. La orientación de la pieza depende de dónde se experimentarán la carga y las presiones en la pieza.

Grosor de la carcasa

Esto juega un papel importante en el fortalecimiento de las piezas 3D. Una cáscara más gruesa hace que una pieza sea más fuerte. Para la impresión FDM, un grosor de carcasa de 3 a 4 veces el diámetro de la boquilla es lo mejor para las piezas que se someterán a una carga pesada y sostenida. La mayoría de los procesos de impresión 3D utilizan un mínimo estándar de aproximadamente 1 mm de grosor. Sin embargo, aumentar esto mejorará la resistencia a la tracción y al impacto. Para obtener información detallada sobre el grosor recomendado para otras tecnologías de impresión 3D, consulte nuestras guías de diseño.

Procesamiento de posproducción

Para aumentar aún más la resistencia de las piezas impresas, también puede considerar el procesamiento posterior. Las siguientes operaciones de posprocesamiento que pueden aumentar en gran medida la resistencia de las piezas impresas en 3D.

Recocido

El recocido es simplemente un proceso de calentar una pieza impresa en 3D y permitir que se enfríe gradualmente para aliviar las tensiones internas que resultan en una pieza más resistente. Mientras que los metales y el vidrio pueden ser recocidos, no todos los polímeros pueden ser recocidos. Algunos materiales que son adecuados para el recocido son PLA, PET y PA 12.

Galvanoplastia

La galvanoplastia es una técnica de postimpresión que consiste en sumergir la pieza en una solución de agua y sales metálicas. Cuando la corriente pasa a través de la solución, los cationes metálicos forman una capa delgada alrededor de la pieza. Esta técnica se puede aplicar a piezas 3D de impresoras FDM, SLS, SLA o SCM. Le da a la pieza una propiedad mecánica casi idéntica a las piezas metálicas, por lo que es una alternativa mucho más barata a la impresión 3D de metal para varias aplicaciones.

Sin embargo, las piezas galvanizadas siguen siendo de plástico en el interior y, por lo tanto, si se calientan a una temperatura más alta que la temperatura de ablandamiento del plástico interior, se pierde la resistencia interna; incluso cuando el metal exterior no se derrite. Se pueden usar varios metales para galvanoplastia, como zinc, cromo, níquel, cobre, etc. Antes de la galvanoplastia, es importante cebar la pieza 3D para establecer una superficie conductora adecuada para que el metal se adhiera. El grafito se usa comúnmente para el cebado.

Recubrimiento de resina

Se pueden utilizar resinas epoxi o resinas de poliéster para recubrir piezas impresas en 3D. El revestimiento epoxi es un revestimiento de superficie insoluble que se realiza con pintura epoxi. La pintura contiene dos productos químicos; una resina epoxi y un endurecedor. El revestimiento resultante suele ser más duradero y resistente que las piezas sin revestimiento. Sin embargo, el recubrimiento epoxi no es apropiado si se necesita una precisión geométrica extrema y bordes afilados para la pieza. Las resinas de poliéster, por otro lado, son delgadas y se pueden extender sobre piezas complejas. La resina comienza a endurecerse a los 5 minutos después de la aplicación y, por lo general, tarda 24 horas en secarse por completo. El revestimiento de resina se puede aplicar a cualquier pieza desde cualquier impresora.

Refuerzo de fibra de carbono

Las fibras de carbono o de vidrio también se pueden utilizar para reforzar piezas 3D. La fibra de carbono tiene una excelente relación resistencia-peso y se utiliza mejor para piezas utilizadas en condiciones de carga constante. A diferencia del carbono, las fibras de vidrio se doblan hasta que fallan. Las fibras se pueden laminar de dos maneras:

  • Refuerzo de fibra corta

En este método, las fibras se cortan y se mezclan con el termoplástico para mejorar la resistencia y la rigidez

  • Refuerzo continuo de fibra

En esta técnica, la fibra debe integrarse continuamente en el termoplástico a medida que se extruye y deposita. Esta técnica requiere dos boquillas para imprimir al mismo tiempo.

Conclusión

En Xometry Europe, ofrecemos varias opciones de refuerzo para piezas impresas en 3D según lo soliciten los clientes. Simplemente diríjase a nuestra plataforma de cotización instantánea, cargue sus modelos, elija sus opciones y listo: su pieza impresa en 3D de alta resistencia se le entregará en solo unos días.

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